專(zhuān)利名稱(chēng)：用于索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于雕刻機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
雕刻機(jī)種類(lèi)繁多，按結(jié)構(gòu)可以分為懸臂雕刻機(jī)和龍門(mén)雕刻機(jī)兩種，懸臂雕刻機(jī)采 用串聯(lián)剛性桿支撐機(jī)構(gòu)，與并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，剛性小，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，相同自重或體積下，承載能 力弱；而且串聯(lián)式末端件上的誤差是各個(gè)關(guān)節(jié)誤差的積累和放大，因而誤差大而精度低； 懸臂雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)不固定，增大了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。龍門(mén)結(jié)構(gòu)雖然被廣泛 應(yīng)用到各種用途的雕刻機(jī)上，但其體積龐大，靈活性弱，其驅(qū)動(dòng)部分一般為液壓缸、氣缸或 由電機(jī)帶動(dòng)的齒輪齒條，因而其附加裝置復(fù)雜，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)困難，制造成本高，并不能適 應(yīng)日益發(fā)展的多樣性需求[1]。而索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、慣性 小、響應(yīng)快、工作空間大、驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)工作、精度高、機(jī)械效率高、柔性大等優(yōu)點(diǎn)[2_3]。雖然，大射電望遠(yuǎn)鏡的50m模型中在滾筒上開(kāi)索槽來(lái)實(shí)現(xiàn)懸索的有序排放[4]，但 懸索的收放僅通過(guò)滾筒的旋轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到，從而導(dǎo)致出索口發(fā)生了變化，索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)參數(shù)改變、控制精度降低，在實(shí)驗(yàn)中，必須修正模型來(lái)降低結(jié)構(gòu)的參數(shù)誤差。而且，該收放 索機(jī)構(gòu)對(duì)直徑小的懸索不適合，因?yàn)樗鞑奂庸だщy。在機(jī)床中常使用滾珠絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾?轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[5]，極大地推動(dòng)了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展，提高了定位精度，但是滾珠絲杠副一般尺 寸大，且不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，所以，開(kāi)發(fā)研制一種收放懸索的機(jī)構(gòu)對(duì)提高索驅(qū)動(dòng) 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制精度非常重要。參考文獻(xiàn)[1]吳光明.CNC電腦雕刻機(jī)及其與數(shù)控銑床和加工中心的聯(lián)合應(yīng)用策略[J]. CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2005，(11): 94-97[2] Motoji Y, Noritaka Y, Akira M. Trajectory control of incompletely restrained parallel wire-suspended mechanism based on inverse dynamics [J]. IEEE transactions on robotics. 2004, 20(5): 840-850[3] Albus J S, Bostelman R V, Dagalakis N G. The NIST Robocrane [J], Journal of Robotics System. 1993, 10(5): 709-724[4]趙澤.大射電望遠(yuǎn)鏡懸索饋源支撐系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[Master]. 碩士學(xué)位論文.西安電子科技大學(xué).2003[5]賈亞洲.金屬切削機(jī)床概論[M].機(jī)械工業(yè)出版社.1994。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù) 雕刻機(jī)收放索過(guò)程中索的紊亂無(wú)序給結(jié)構(gòu)模型造成誤差大的問(wèn)題。[0012]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是用于索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，包括滾 索套、滾筒軸、軸套和滾筒座；滾筒座包括底座和與底座呈垂直設(shè)置的立座；滾筒軸的一端 設(shè)置在立座上，滾筒軸上設(shè)置有滾索套和軸套；滾索套通過(guò)鍵與滾筒軸連接，軸套通過(guò)螺紋 與滾筒軸連接；滾索套與軸套連接，滾索套靠近軸套一側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈，軸 套靠近滾索套一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈對(duì)應(yīng)的卡槽，軸套的該端部上還設(shè)置擋板，該擋 板將卡圈限制在卡槽里。其中，底座上設(shè)置有與滾筒軸平行的直線長(zhǎng)條凸塊，軸套的外圓周面上設(shè)置有與 長(zhǎng)條凸塊對(duì)應(yīng)的滑槽，長(zhǎng)條凸塊內(nèi)嵌在滑槽里。本實(shí)用新型的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性懸索的有序排放和 懸索的出索口的唯一，使得模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確，還能保證動(dòng)平臺(tái)(刀具)位姿控制的精確 性。在其他索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和對(duì)索牽拉位置要求高的場(chǎng)合都可應(yīng)用此機(jī)構(gòu)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A向視圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)懸索排放的原理圖；圖4是本實(shí)用新型球鉸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.滾索套，2.滾筒軸，3.軸套，4.滾筒座，5.底座，6.立座，7.卡圈，8.卡槽， 9.擋板，10.長(zhǎng)條凸塊，11.刀具移動(dòng)端，12.刀具，13.懸索，14.基座，15.定滑輪，16.支桿， 17.頂盤(pán)，18.球鉸套，19.球鉸球，20.中心孔，21.索結(jié)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，包括滾 索套1、滾筒軸2、軸套3和滾筒座4 ；滾筒座4包括底座5和與底座5呈垂直設(shè)置的立座6 ； 滾筒軸2的一端設(shè)置在立座6上，滾筒軸2上設(shè)置有滾索套1和軸套3 ；滾索套1通過(guò)鍵與 滾筒軸2連接，軸套3通過(guò)螺紋與滾筒軸2連接；滾索套1與軸套3連接，滾索套1靠近軸 套3 —側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈7，軸套3靠近滾索套1 一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈 7對(duì)應(yīng)的卡槽8，軸套3的該端部上還設(shè)置擋板9，該擋板9將卡圈7限制在卡槽8里。如圖 2所示，底座5上設(shè)置有與滾筒軸2平行的直線長(zhǎng)條凸塊10，軸套3的外圓周面上設(shè)置與長(zhǎng) 條凸塊10有滑槽，長(zhǎng)條凸塊10內(nèi)嵌在滑槽里。本實(shí)用新型的工作原理是如圖3所示，索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的動(dòng)平臺(tái)包括刀具移 動(dòng)端11、設(shè)置在刀具移動(dòng)端11上端的支桿16和設(shè)置在支桿16頂端的頂盤(pán)17，刀具移動(dòng)端 11下端設(shè)置有刀具12。刀具移動(dòng)端11和頂盤(pán)17上各設(shè)置有多根懸索13，與之對(duì)應(yīng)的，基 座14上設(shè)置有多個(gè)定滑輪15。每根懸索13端部各連接有一個(gè)本實(shí)用新型排索機(jī)構(gòu)。每根 懸索13繞過(guò)一個(gè)定滑輪15，一端連接在刀具移動(dòng)端11或頂盤(pán)17上，另一端繞在本實(shí)用新 型的排索機(jī)構(gòu)上。懸索13與刀具移動(dòng)端11通過(guò)球鉸裝置連接，如圖4所示，球鉸裝置包括 球鉸套18和設(shè)置在球鉸套18內(nèi)的球鉸球19，球鉸球19上設(shè)置有中心孔20，懸索13穿過(guò) 中心孔20，設(shè)置在懸索13末端的索結(jié)21能防止懸索13從中心孔20中抽出，球鉸套18通過(guò)螺紋與刀具移動(dòng)端11連接。設(shè)置球鉸裝置的原因是為了確保機(jī)構(gòu)的完整性和控制模型 的精確性，使得動(dòng)平臺(tái)在理論工作空間動(dòng)作時(shí)，懸索13能夠在球鉸開(kāi)口錐角范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)， 如此構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型能夠接近理論分析模型。當(dāng)與本實(shí)用新型排索機(jī)構(gòu)連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾 筒軸2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾筒軸2通過(guò)鍵帶動(dòng)滾索套1轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面，因軸套3與滾筒軸2是通過(guò) 螺紋連接的，當(dāng)滾筒軸2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸套3通過(guò)螺紋沿著滾筒軸2橫向直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)置在軸套3 外圓周面上的滑槽沿著底座5上的直線長(zhǎng)條凸塊10滑動(dòng)。由于固定在軸套3端部上的擋 板9將滾索套1上的卡圈7限制在軸套3的卡槽8里，軸套3沿著滾筒軸2作直線運(yùn)動(dòng)，也 帶動(dòng)著滾索套1在滾筒軸2上作直線運(yùn)動(dòng)。這樣，滾索套1即可以作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以作直 線運(yùn)動(dòng)，以確保出索口位置的相對(duì)固定以及排索的有序性。如圖3所示，理論上，如果雕刻機(jī)排索機(jī)構(gòu)的出索口 C點(diǎn)與定滑輪15 A點(diǎn)的連線 與地面垂直。起始位姿時(shí)，設(shè)定滑輪15到球鉸裝置之間的索長(zhǎng)為Ji 或定滑輪15到頂盤(pán) 17之間的索長(zhǎng)為Ji ，則總的索長(zhǎng)I = AB+ AC ;終止點(diǎn)時(shí)，設(shè)定滑輪15到球鉸裝置之間 的索長(zhǎng)為或設(shè)定滑輪15到頂盤(pán)17之間的索長(zhǎng)為t 則起始到終止時(shí)索長(zhǎng)的變化量
為
M = (AB + ACMAB' + AC) = AB-AB'因此，理論上并不需要考慮出索口到定滑輪15端索長(zhǎng)JC的長(zhǎng)度。如果收放索機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，出索口 C點(diǎn)發(fā)生異位變?yōu)镃，點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致起始到終止 時(shí)索長(zhǎng)變化量為
M = (AB + AC)-(AB' + AC) = AB-AB' + (AC — AC)可見(jiàn)，出索口 C固定以及索的有序排放對(duì)機(jī)構(gòu)的模型誤差影響很大。使用時(shí)，已知雕刻機(jī)刀具12運(yùn)行的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)的位姿，將空間軌跡離散化，依 據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型分別求解出各離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的理論懸索13索長(zhǎng)，控制系統(tǒng)將后一時(shí) 刻與前一時(shí)刻索長(zhǎng)的變化量轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)每根懸索13上的本實(shí)用新型排索機(jī) 構(gòu)以協(xié)調(diào)收、放懸索，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)11下端部的刀具按照規(guī)劃軌跡運(yùn)動(dòng)的目的。本實(shí)用 新型排索機(jī)構(gòu)既保證了柔性懸索13的有序排放，避免索紊亂帶來(lái)的末端(動(dòng)平臺(tái))定位精度 的降低，又保證了懸索13出索的位置相對(duì)地面垂直且固定以避免索傾斜造成模型誤差。已知懸索13直徑為d,滾索套1直徑為D,滾筒軸2螺紋段直徑為M,導(dǎo)程為S ；則收放索長(zhǎng)度d=2nR，％々R=Q)+d)/2 ；電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一圈，滾筒軸2帶動(dòng)滾索套1轉(zhuǎn)過(guò)一圈，同時(shí)滾索套1和軸套3沿滾筒 軸2移動(dòng)一個(gè)螺距(螺距=懸索的直徑)，以此可以使懸索13順序排列無(wú)重疊，出索口相對(duì) 固定。通過(guò)以上分析可知，工作時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速不發(fā)生改變，移動(dòng)由滾筒軸2上的螺距大小 決定，而滾筒軸2螺紋段直徑大小對(duì)滾索套1收放索無(wú)影響，只要確保螺距與懸索13直徑 一致即可實(shí)現(xiàn)出索口唯一且有序排放。
權(quán)利要求用于索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，其特征在于包括滾索套(1)、滾筒軸(2)、軸套(3)和滾筒座(4)；所述滾筒座(4)包括底座(5)和與底座(5)呈垂直設(shè)置的立座(6)；滾筒軸(2)的一端設(shè)置在立座(6)上，滾筒軸(2)上設(shè)置有滾索套(1)和軸套(3)；所述的滾索套(1)通過(guò)鍵與滾筒軸(2)連接，軸套(3)通過(guò)螺紋與滾筒軸(2)連接；滾索套(1)與軸套(3)連接，滾索套(1)靠近軸套(3)一側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈(7)，軸套(3)靠近滾索套(1)一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈(7)對(duì)應(yīng)的卡槽(8)，軸套(3)的該端部上還設(shè)置擋板(9)，該擋板(9)將卡圈(7)限制在卡槽(8)里。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排索機(jī)構(gòu)，其特征在于所述底座(5)上設(shè)置有與滾筒軸(2) 平行的直線長(zhǎng)條凸塊(10)，軸套(3)的外圓周面上設(shè)置有與長(zhǎng)條凸塊(10)對(duì)應(yīng)的滑槽，長(zhǎng) 條凸塊(10)內(nèi)嵌在滑槽里。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)雕刻機(jī)的排索機(jī)構(gòu)，包括滾索套、滾筒軸、軸套和滾筒座；滾筒座包括底座和與底座呈垂直設(shè)置的立座；滾筒軸的一端設(shè)置在立座上，滾筒軸上設(shè)置有滾索套和軸套；滾索套通過(guò)鍵與滾筒軸連接，軸套通過(guò)螺紋與滾筒軸連接；滾索套與軸套連接，滾索套靠近軸套一側(cè)端部的外圓周面上設(shè)置有卡圈，軸套靠近滾索套一側(cè)的端部上設(shè)置有與卡圈對(duì)應(yīng)的卡槽，軸套的該端部上還設(shè)置擋板，該擋板將卡圈限制在卡槽里。有益效果是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性懸索的有序排放和懸索的出索口的唯一，使得模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確，還能保證動(dòng)平臺(tái)位姿控制的精確性。在其他索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和對(duì)索牽拉位置要求高的場(chǎng)合都可應(yīng)用此機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)B44B1/00GK201712392SQ20102015063
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者侯曉莉, 孔令飛, 李言, 湯奧斐, 肖繼明, 袁啟龍, 高新勤 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)